截止2017年11月17日，5次引力波信號(hào)探測(cè)結(jié)果中涉及的黑洞質(zhì)量大小
鳳凰科技訊 據(jù)美國(guó)太空網(wǎng)北京時(shí)間11月21日?qǐng)?bào)道，有許多“巨獸”正隱藏在茫茫宇宙的黑暗深處，而天文學(xué)家們正試圖接收它們的信號(hào)。這其中就包括一對(duì)黑洞，每個(gè)質(zhì)量大概為太陽(yáng)質(zhì)量的5倍到數(shù)十倍，這兩個(gè)黑洞相互碰撞后，最終形成一個(gè)質(zhì)量更大的黑洞。
上周，“激光干涉引力波天文臺(tái)”（LIGO）項(xiàng)目科學(xué)家宣布，他們今年早些時(shí)候再次檢測(cè)到黑洞合并過(guò)程中發(fā)出的引力波信號(hào)，這已經(jīng)是2015年以來(lái)LIGO第五次發(fā)現(xiàn)此類信號(hào)，而且還是來(lái)自于迄今LIGO探測(cè)到的質(zhì)量最小的黑洞。美國(guó)西北大學(xué)博士生、LIGO項(xiàng)目組成員伊芙·切斯（Eve Chase）對(duì)太空網(wǎng)表示：“我們正在以一種前所未有的方式認(rèn)識(shí)黑洞?！?/p>
時(shí)空漣漪
LIGO是用于探測(cè)引力波的專門設(shè)備，而引力波是空間中的漣漪。美國(guó)著名物理學(xué)家愛(ài)因斯坦曾指出，時(shí)間與空間之間緊密聯(lián)系，共同形成一張被稱之為“時(shí)空”的網(wǎng)絡(luò)。那些質(zhì)量極大的物體，比如恒星和行星，會(huì)造成周圍的時(shí)空網(wǎng)絡(luò)彎曲，而引力波正是這些大質(zhì)量天體做快速運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的時(shí)空擾動(dòng)。
2015年9月14日，即愛(ài)因斯坦首次預(yù)言引力波存在逾100年后，LIGO項(xiàng)目組首次探測(cè)到引力波信號(hào)，并于2016年2月公諸于眾。隨著兩個(gè)黑洞的距離越來(lái)越近，它們相互繞轉(zhuǎn)的速度會(huì)越來(lái)越快，最終發(fā)生碰撞，形成引力波這種時(shí)空漣漪。迄今LIGO探測(cè)到的所有5次黑洞合并事件，都涉及所謂的“恒星級(jí)”黑洞，這些黑洞的質(zhì)量大概是太陽(yáng)質(zhì)量的5-100倍之間。
切斯表示：“我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了5個(gè)不同的小黑洞家族，每個(gè)都有其不同之處。每一次的探測(cè)結(jié)果都有存在差異，有些黑客家族會(huì)發(fā)出很大的聲音，有些距離地球非常遙遠(yuǎn)，有些質(zhì)量很小，而在一些情況下，兩個(gè)黑洞的質(zhì)量幾乎一樣。”
在LIGO于2015年首次探測(cè)到引力波信號(hào)之前，研究人員主要通過(guò)黑洞對(duì)星光的彎曲效應(yīng)，以及圍繞黑洞運(yùn)行的物質(zhì)產(chǎn)生的影響來(lái)間接推斷一些恒星級(jí)黑洞的性質(zhì)。通常情況下，借助X射線探測(cè)找到的恒星級(jí)黑洞的質(zhì)量大概為太陽(yáng)的10~20倍，但LIGO探測(cè)到的一些黑洞質(zhì)量則要大得多，這對(duì)天文學(xué)家來(lái)說(shuō)是一個(gè)意外情況。
但LIGO項(xiàng)目組在上周宣布，在今年的6月8日，他們探測(cè)到兩個(gè)黑洞的合并事件，而且本次事件中涉及的黑洞質(zhì)量很小，是迄今5個(gè)案例中最小的，質(zhì)量大概為太陽(yáng)質(zhì)量的7-12倍。據(jù)切斯介紹，這次合并事件還產(chǎn)生了一個(gè)質(zhì)量為太陽(yáng)質(zhì)量18倍的黑洞，在此過(guò)程中還有一部分質(zhì)量流失，極有可能是LIGO歷史上探測(cè)到的質(zhì)量最小的合并后形成的黑洞。LIGO此前在2015年12月26日發(fā)現(xiàn)的合并事件中涉及的黑洞質(zhì)量與本次事件極為類似。
切斯對(duì)太空網(wǎng)表示：“在這次事件中，黑洞的質(zhì)量讓我們大吃一驚。6月8日事件中探測(cè)到的黑洞質(zhì)量，與之前在X射線波段探測(cè)中發(fā)現(xiàn)的黑洞極為相似，讓我們得以將兩種不同的黑洞聯(lián)系起來(lái)?！鼻兴诡I(lǐng)導(dǎo)實(shí)施了對(duì)這次黑洞合并事件的分析工作。
雙黑洞系統(tǒng)
LIGO正快速發(fā)現(xiàn)越來(lái)越多的黑洞，相信不久以后，它找到的黑洞就將與光學(xué)波段找到的黑洞數(shù)量一樣多。此外，LIGO現(xiàn)在還有了合作伙伴：在今年的8月份，歐洲建造的“室女座”引力波天文臺(tái)開始在意大利境內(nèi)投入運(yùn)行，當(dāng)月這兩臺(tái)探測(cè)器就完成了兩次聯(lián)合信號(hào)探測(cè)活動(dòng)，分別是在8月14日探測(cè)到的一次黑洞合并事件，以及在8月17日探測(cè)到的首次中子星合并事件。
切斯表示：“我們將會(huì)發(fā)現(xiàn)大量雙黑洞系統(tǒng)，而現(xiàn)在只是開始。這些雙星系統(tǒng)既可以單獨(dú)形成，也可以在一些比較擁擠的環(huán)境下形成，比如在密度較大的星群或星團(tuán)內(nèi)部。在密集環(huán)境下產(chǎn)生的天體，隨后被踢出去的情況要比單獨(dú)條件下形成的幾率高很多，這種歷史會(huì)在它們的軌道和繞轉(zhuǎn)中留下痕跡。一旦我們借助LIGO和‘室女座’設(shè)備探測(cè)到大概100個(gè)雙黑洞，我們到時(shí)候或許就可以開始估算這兩種情況發(fā)生的比例關(guān)系了。”
LIGO項(xiàng)目科學(xué)家現(xiàn)在就像野生動(dòng)物學(xué)家發(fā)現(xiàn)野外環(huán)境中的罕見物種一樣，必須仔細(xì)開展研究，試圖發(fā)現(xiàn)各個(gè)黑洞身上的共性和個(gè)性。切斯表示：“由于目前我們只探測(cè)到5次黑洞合并過(guò)程中發(fā)出的引力波信號(hào)，我們還不能據(jù)此得出任何結(jié)論，但我們正朝著揭開雙黑洞系統(tǒng)成因之謎的道路上前進(jìn)?！?/p>
但切斯也表示，天文學(xué)家將用迄今為止所取得的探測(cè)數(shù)據(jù)，嘗試估算出銀河系內(nèi)部究竟?jié)摬刂嗌俸阈琴|(zhì)量的雙黑洞系統(tǒng)，而每一次天文新發(fā)現(xiàn)都將有助于天文學(xué)家不斷完善他們的估算結(jié)果。LIGO目前正在經(jīng)歷新一輪升級(jí)，本次升級(jí)將進(jìn)一步提升設(shè)備的靈敏度，進(jìn)而擴(kuò)大其搜索引力波的范圍。LIGO在2018年秋季將再次展開探測(cè)工作。（編譯/清辰）
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